葉片尾緣加彎板垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性研究.pdf

1、風(fēng)能取之不盡，用之不竭，是清潔、無(wú)污染的可再生能源之一，已經(jīng)受到全世界的廣泛關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能利用的主要形式，風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要設(shè)備。垂直軸風(fēng)力機(jī)可以接受任意方向的來(lái)風(fēng)而不需要安裝對(duì)風(fēng)裝置、發(fā)電機(jī)和傳動(dòng)鏈安裝在地面維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)是典型的小型風(fēng)力機(jī)，在農(nóng)村用電、路燈、農(nóng)田水利灌溉等方面具有重要作用。但是直線翼垂直軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能較水平軸風(fēng)力機(jī)低，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。該研究設(shè)計(jì)一種安裝于直線翼垂直軸

2、風(fēng)力機(jī)葉片尾緣的彎板，利用彎板改變?nèi)~片表面的壓力場(chǎng)和渦旋的分布，提高葉片做正功的轉(zhuǎn)矩，減小葉片附近的渦旋損失，從而提高風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能。以NACA系列三種薄厚葉片風(fēng)力機(jī)為對(duì)照，分別在薄厚葉片尾緣加不同長(zhǎng)度彎板研究風(fēng)力機(jī)性能的變化。采用數(shù)值模擬方法，基于RNG k-ε湍流模型，分析低尖速比下彎板長(zhǎng)度對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響，并進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證。因此，本文主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面:
　　(1)彎板對(duì)風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性影響研究，通過(guò)數(shù)值

3、模擬方法計(jì)算有無(wú)彎板風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率，分析彎板長(zhǎng)度對(duì)輸出性能的影響，將得到的較優(yōu)彎板結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)和原始風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，在不同來(lái)流風(fēng)速條件下，比較彎板對(duì)風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性改善情況。
　　(2)彎板對(duì)葉片周圍流場(chǎng)影響研究，計(jì)算在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)隨旋轉(zhuǎn)角的變化情況，并對(duì)典型旋轉(zhuǎn)角下的流場(chǎng)進(jìn)行分析，探討彎板改變輸出轉(zhuǎn)矩特性的機(jī)理。
　　(3)彎板對(duì)風(fēng)力機(jī)靜態(tài)起動(dòng)特性影響研究，通過(guò)數(shù)值模擬方法計(jì)

4、算彎板對(duì)風(fēng)力機(jī)在不同旋轉(zhuǎn)角方位靜止時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響，并進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)結(jié)合流場(chǎng)進(jìn)行分析。
　　得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)低尖速比下在葉片尾緣加適當(dāng)?shù)膹澃蹇梢蕴岣唢L(fēng)力機(jī)的輸出性能，彎板長(zhǎng)度與翼型弦長(zhǎng)比例要適當(dāng)。在相同條件下彎板加在厚翼型葉片比在薄翼型葉片上風(fēng)力機(jī)特性改善顯著。(2)葉片尾緣加適當(dāng)彎板可以提高風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)性能，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角在0～120°有無(wú)彎板風(fēng)力機(jī)受到的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相同，但當(dāng)旋轉(zhuǎn)角在120～180°時(shí)有彎板

5、風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩明顯提升，且彎板的作用消除了反向轉(zhuǎn)矩。同時(shí)彎板對(duì)厚翼型起動(dòng)性能改善明顯。
　　(3)對(duì)NACA0024翼型有無(wú)彎板風(fēng)力機(jī)通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)得出，葉片尾緣加彎板可以提高風(fēng)力機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)速為10m/s時(shí)有彎板風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速可提高245 r/min。
　　(4)葉片尾緣加裝適當(dāng)彎板后可在某些旋轉(zhuǎn)角下改變?nèi)~片上下表面的壓力分布狀態(tài)和流體流動(dòng)情況，同時(shí)提高了該旋轉(zhuǎn)角下的氣動(dòng)特性，從而改善整個(gè)風(fēng)力機(jī)的性能。
　　該研究